轴承腔中均匀流体/壁面油膜分层流动分析

航空发动机轴承腔精确的润滑与换热设计依赖于对其内油气两相润滑介质流动与换热本质的认识。针对轴承腔内复杂的油气两相润滑介质流动状态,建立轴承腔均匀流体/壁面油膜分层流动分析模型,开展腔内油气两相润滑介质流动特性研究,探讨转子转速和润滑油供油量对均匀流体和壁面油膜两相介质压力、速度以及温度分布的影响。分析模型中,气相介质(含油滴)的等效物理特征参数通过离散油滴和气相介质的组分比例关系确定,各固体壁面与流体介质的对流换热系数根据其各自的传热特性确定。研究结果表明,均匀流体与壁面油膜两相介质的压力随着润滑油供油量的增加而增大,受转子转速的影响较为复杂;均匀流体与壁面油膜两相介质的速度随着转子转速的增高而增大,受润滑油供油量影响较小;均匀流体的温度随着润滑油供油量的增加而减小,受转子转速的影响较小;与均匀流体温度不同,壁面油膜的温度随着转子转速的增加而增大,随着润滑油供油量的增加而减小。建立了轴承腔试验台系统,开展了轴承腔油气两相流动状态下的压力和温度测试,压力和温度试验结果与理论计算结果均具有较好的吻合性,验证了提出的理论分析方法的可靠性。     

轴承腔油气两相泡状流动的数值研究

航空发动机轴承腔过热或着火等现象与腔内油气两相泡状流动有关,需要通过数值计算研究两相泡状流动特性,从而为轴承腔润滑设计提供参考依据。针对上述问题,以某型航空发动机轴承腔为对象,建立轴承腔润滑油气液两相泡状流动模型,借助该模型研究润滑油介质运动状态。在建立模型方程时,考虑气泡直径尺寸大小和破裂聚合的影响,引入气泡种群方程和破裂聚合模型,并基于两流体模型和 两方程湍流模型,建立轴承腔内润滑油两相泡状流动计算模型。通过数值计算,模拟出轴承腔内润滑介质流场,最后利用国外文献的试验数据对理论分析进行了验证。研究表明,轴承腔润滑介质中气泡直径尺寸分布状态以及与转速的关系,揭示空泡率、转子转速和润滑介质进口速度等工况条件对轴承腔润滑油性能的影响。与国外试验数据的对比证明了该理论分析方法在航空发动机轴承腔润滑系统设计的可靠性和可行性。     

轴承腔中润滑油气液两相分层流动研究

基于轴承腔中润滑油气液两相分层流动模型和湍流模型，采用VOF方法追踪气液界面等技术求解三维N—S公式，对腔内润滑油气液两相分层流动的特性进行了研究。分析了润滑油混合物空气体积比等结构工况参数对流体介质在轴承腔出口处压力和径向速度的影响，研究结果揭示了结构工况参数对出口压力和径向速度的不同影响趋势。将所计算得到的理论数据与国外类似结构的轴承腔工况条件和结构数据进行比较，证明了该计算方法和结果的正确性。     

柱面螺旋槽气液两相流体动压密封稳态性能研究

为揭示航空发动机轴承腔内润滑油与加压气流形成复杂两相润滑状态下的柱面流体动压密封性能,基于两相流Mixture模型,研究气液两相介质柱面螺旋槽流体动压密封稳态性能,分析操作参数和结构参数对动压密封性能的影响.结果表明:在同样工况参数下,气液两相下柱面流体动压密封具有较好的动压效应;转速、压差以及液气比的增大均有利于提高...     

航空发动机轴承腔通风结构嵌入改进及油气两相流动特性研究

为研究航空发动机轴承腔油气两相流动特性,提高轴承腔回油特性,针对轴承腔的通风结构提出嵌入改进方案;建立基于欧拉-欧拉方法轴承腔两相流求解模型,对不同工况下常规轴承腔和嵌入改进方案轴承腔流动特性和回油特性进行分析。研究结果表明,将常规轴承腔通风结构进行嵌入改进后,润滑油被嵌入的通风口壁面阻挡,在空气剪切力和重力的作用下,通风口右侧的润滑油掠过通风口向下游移动,从通风口流出的润滑油量减小,从回油口流出的润滑油增加,因而使得回油效率明显提升;随着嵌入深度的增加,从通风口流出的润滑油得到进一步抑制,腔内润滑油体积分数进一步增加,回油效率得到进一步提升;相比常规轴承腔,当润滑油流量为200 L/h,转速为15 000 r/min时,嵌入改进方案回油效率提升最为明显,嵌入深度为8、10、12 mm的改进方案回油效率分别提高了16.72%、18.80%和20.19%。     

高速滚动轴承环间气流特性数值模拟

以角接触球轴承为研究对象,采用FLUENT流体计算软件对高速滚动轴承环间气相介质的状态进行数值模拟,获得了环间气流速度场和压力场的分布特性,揭示了轴承转速对环间气相介质流动状态的影响规律。结果表明:内圈小端面气流的切向速度符合腔型/旋转结构中气相介质的运动规律;由于小端面湍流强度较小,且靠近外圈有涡存在,因此靠近内圈喷油更利于润滑油的进入,从而可确定最佳喷油位置位于该端面无量纲径向坐标0.25处;随着转速增大,轴承环间气流周向压力值两极化变得越明显,压力分布无明显迁移,轴承环间存在利于润滑油贴滚道运动的气流径向作用力。该研究结果为开展高速滚动轴承喷油润滑油液的穿透机理提供了更真实的边界条件和初值。     

DNA编码和混沌神经网络的两相流型辨识

利用DNA编码和混沌神经网络技术，构造了基于DNA编码的混沌神经网络，通过对航空发动机轴承腔气液两相流型的辨识研究，建立了气液两相流型预测模型，从而为航空发动机轴承腔内润滑油气液两相流型辨识提供了技术支持。     

气液两相流对发动机主轴承润滑性能影响的分析

润滑油中出现的气液两相流现象是发动机主轴承工作中较常出现的现象,对发动机工作性能有较大影响。本文基于主轴承中润滑油气液两相均匀流动模型,利用湍流理论和有限差分技术,通过求解Navier-Stokes方程,获得了润滑油含气率、转子转速以及润滑油入口速度和轴承腔润滑油出口压力和速度的关系。本文的工作对于发动机主轴承润滑设计具有一定的参考价值。     

基于聚类分析的航空发动机轴承腔油气两相流型辨识

轴承腔是航空发动机内的重要部件,对其内两相流流动状态的理解有助于提高发动机的润滑效率、提升发动机的工作性能和可靠性。基于流型辨识研究两相流在不同流型下的流动性质是获取轴承腔内物理现象的一个可行途径。在考虑试验获取难易性和辨识能力条件下,结合前人研究成果,应用K-Means聚类法对利于辨识轴承腔3种典型两相流流型的特征参数-无量纲两相介质速度和无量纲压力在近壁面附近的数值进行聚类分析。研究结果表明:该方法能够成功地将轴承腔3种典型流型进行归类,这对基于流型辨识研究轴承腔内3种典型流型下两相介质的物理状态,以及轴承腔润滑设计和换热分析提供了基础。     

轴承腔中考虑油滴运动的气相物理场分析

航空发动机轴承腔中考虑油滴运动的气相物理场分析是进行二次流及润滑系统设计的基础工作。因此,采用有限元数值分析的方法,研究了轴承腔中嵌入油滴运动影响条件下气相介质的速度场、温度场和压力场,并探讨了转子转速对气相介质流动速度、温度以及轴承腔连通区域压力分布的影响规律。分析结果表明:随着转子转速的增大,气相介质流动速度和温度增大,同时进气腔与回油腔之间压力差减小。此外,将考虑油滴运动的气相物理场与油滴/空气相的耦合计算方法所得结果进行对比,据此确定本文所采用研究方法的准确性及其在计算时间上的优势。     

角接触球轴承流固耦合仿真分析

角接触球轴承在运行过程中的润滑状况至关重要,润滑油直接影响滚动轴承的接触状态。为分析角接触球轴承的润滑状况以及考虑润滑时轴承的机械特性,基于有限元和晶格玻尔兹曼方法,建立了双向流固耦合轴承仿真模型,对角接触球轴承进行动力学有限元仿真和润滑流体仿真,并与轴承拟静力学理论计算结果进行对比,验证模型的准确性。分析结果表明,保持架与滚珠接触并撞击,在轴承腔内油膜压力最大,滚珠与内圈、外圈滚道接触区分别为第二、第三大油膜压力区。润滑油受滚珠公转影响,沿着滚珠转动方向流动,实现对滚珠与内圈、外圈和保持架之间的润滑。滚珠运动和最大接触应力仿真结果与轴承拟静力学理论求解结果一致,即流固耦合仿真模型计算轴承机械特性具有较高的准确性。     

一种旋转圆盘腔内油滴运动特性研究

通过研究航空发动机环下供油轴承腔拓扑结构,建立了较为简化的拟轴承腔结构-旋转圆盘腔结构,并基于此进行了腔内油滴运动特性的研究。研究中首先获得了腔内气相介质流场特性,然后在考虑气相阻力、油滴自身重力对油滴运动特性的影响下,采用Lagrangian方法建立气相介质流场中油滴运动方程,获得了不同油滴直径以及圆盘转速变化对油滴运动过程中的速度和轨迹影响的规律。分析结果表明:不同圆盘转速对油滴运动过程中的速度和轨迹都有很大的影响;相同转速下直径较小油滴速度、轨迹的受到气相流场的影响比直径较大油滴所受影响更为显著。且油滴自身重力对不同直径下油滴的运动运动轨迹亦有影响。     

喷嘴位置对轴承腔内油气润滑两相流的影响

基于气液两相流理论,采用多重坐标系法构建角接触球轴承数值计算模型,分析不同喷嘴位置和转速下轴承腔内油相体积分数、保持架表面及轴承内外圈的油气分布特性。结果表明：在轴承低转速下,正面供油时轴承腔内油相体积分数及其周向分布的波动大于背面供油;正面供油时保持架下表面会产生润滑油的积聚,造成润滑油无法及时通过出口排出,而背面供油时润滑油在保持架表面的油相分布更均匀;正面供油时内圈左面油相体积分数较高,外圈油相分布变化较大,而背面供油时内圈右面、中间面及外圈中间面油相体积分数较高。不同转速下喷嘴位置对腔内油相分布的影响也不同,低转速下正面供油时腔内油相体积分数更高,高转速下喷嘴位置对轴承腔内油相分布的影响较小,润滑油在轴承腔内分布较为均匀,保持架下侧未见明显的润滑油积聚。     

保持架引导方式对球轴承油气润滑两相流流型的影响

滚动轴承高速运转时,轴承腔内润滑油与空气相互作用形成涡旋,影响油气运输及整体润滑性能.针对角接触球轴承腔内油气两相流的流动状态,运用VOF方法和滑移网格,建立油气两相流三维瞬态仿真模型,分析了在保持架不同引导方式下角接触球轴承腔内油相流型、轴承腔内周向流型以及涡旋等变化规律.该研究对高速轴承结构设计、润滑结构及润滑参数...     

角接触球轴承内圈织构设计及对油气润滑两相流的影响

针对角接触球轴承油气润滑中内圈润滑油含量少和保持性差的问题,提出在轴承内圈滚道设计圆凹坑形表面织构的润滑增效方法。基于气液两相流模型和多重参考系方法,建立内圈织构化角接触球轴承腔内油气两相流数值分析模型,分析内圈织构对轴承油气两相流动及润滑增效的影响。结果表明：织构化轴承可以显著提高润滑油在内圈的保持量,同时改善轴承腔内润滑油分布不均的状况;在微织构附近油气两相流动更不规则,所产生的压力梯度和速度梯度有利于提高气液两相膜的承载力;随着轴承转速的升高,内圈织构润滑增效效果相对减弱;随着供油量的增加,内圈织构润滑增效效果更加显著。     

腔型/璇转结构空间的气相介质流动分析

以典型的腔型,旋转结构为对象,采用CFX软件对腔内气相介质流动状态进行了分析,探讨了转动件转速、腔型/旋转结构轴向和径向尺寸以及腔壁润滑油膜速度等因素对腔型/旋转结构中气相介质流动状态的影响规律,并与国外的试验工作进行了比较.分析为腔型/旋转结构中油滴运动行为和油膜构成状态的研究、为腔型/旋转结构中两相介质流动物理性质的揭示提供了基础条件.     

两相流纸浆泵的使用

液相、气相和固相是物质存在的三种形态。其中任何两种形态的物质混合在一起形成流体,就叫做“两相流”。目前,国内现有的大多数纸浆泵,都是按清水（一相流）的理论设计而生产的,由于其设计和实际运行条件不一致,导致该类泵使用寿命短,效率低,腐蚀严重。而近几年问世的CLX型系列两相流纸浆泵,是根据具有世界先进水平的“蔡氏理论”设计生产的,它的叶轮、纸浆流道设计,摒弃了清水（一相流）的理论局限,使其能与抽吸流质的水和固体混合物（两相流）相适应,是我国造纸行业的一种换代新型高效节能产品。其特点是: 1.泵体、涡壳、流道进行了重大改进,便于高浓度两相流介质抽送,提高了效率; 2.叶轮叶片由三叶封闭式改为两叶敞开式,叶片形状及角度也进行了改进设计、适应6％以下浓度介质抽送需要; 3.该系列泵进口和出口部位均为减小介质抽送阻力而进行了改进; 4.采用的联轴节,使拆卸、维修方便,无须移动电     

基于遗传算法/神经网络组合技术的气液两相流型辨识

通过采用遗传算法训练BP神经网络、优化网络权值的技术,对气液两相流的流型进行了辨识研究,在此基础上建立了基于遗传算法/神经网络组合技术的气液两相流流型的预测模型,从而为发动机轴承腔内润滑油气液两相流流型识别提供了技术支持,也为考虑轴承腔气液两相流的相关设计和实验工作提供了技术条件。     

航空发动机轴承腔内两相流动数值模拟

主轴承腔作为航空发动机润滑系统油气两相流的重要区域,腔内的高温高乐及其回油特性对润滑系统的性能都有很大影响.利用VOF数值计算模型对某航空发动机轴承腔简化模型内油气两相流进行数值计算,将两相之间表面张力作为源项添加到动量方程中,并依据实际情况添加壁面黏附模型,计算结果与现有实验数据符合良好.分析几种工作参数下润滑油相界面的差异及其因为,研究腔压及回油油气体积比随转子转速及润滑油流量的变化规律.结果表明:腔内的压力沿周向在出口处附近较低,并且随着转子转速或润滑油流量的增加而增大;回油孔出口处油气体积比随润滑油进口流量增加而增大;当润滑油进口流量一定时转子转速增大不利于回油.     

高速角接触球轴承油气润滑温升特性研究

油气润滑系统广泛应用于高速滚动轴承,油气润滑条件下轴承温升特性与温度场分布是影响轴承极限转速与动态工作稳定性的重要因素.基于高速滚动轴承摩擦学与两相流理论,以角接触球轴承为研究对象,建立了油气润滑条件下轴承与流体域之间的流固耦合模型.利用流体仿真软件Fluent对油气润滑条件下高速角接触球轴承与流体之间的传热方式及温度场分布进行了数值模拟分析,得到了轴承与轴承腔体的温度场分布.并进一步研究了供油量、润滑油粘度、轴承转速和载荷对轴承温升的影响,得到了油气润滑参数等与轴承温度场热平衡之间的关系.结果 表明:轴承转速与径向载荷是影响高速滚动轴承生热量与温升的主要因素,轴承内部温度场分布不均匀,对于特定工况存在最佳供油量与润滑油黏度使轴承温升最小.